Badania możliwości poprawy ergonomii obsługi stanowiska kontroli dyspozytorskiej Use abilities of touchscreen for train dispatching system operation

Juliusz Karolak

Politechnika Warszawska, Wydzia Transportu, Zakad Sterownia Ruchem, Zespó Naukowo-Dydaktyczny Sterowania Ruchem Kolejowym

BADANIA MOLIWOCI POPRAWY ERGONOMII

OBSUGI STANOWISKA KONTROLI

DYSPOZYTORSKIEJ

Rkopis dostarczono, marzec 2011

Streszczenie: Artyku opisuje technologie wykonania urzdze sterowniczych, moliwych do zastosowania w aplikacjach komputerowych wykorzystywanych na nastawniach i w dyspozyturach. Przedstawione i ocenione zostay nakadki dotykowe na monitory i aplikacje umoliwiajce sterowanie mow i gestem. W dalszej czci zaprezentowano techniki sterowania wykorzystane na dydaktyczno-badawczym stanowisku kontroli dyspozytorskiej w laboratorium sterowania ruchem kolejowym Wydziau Transportu Politechniki Warszawskiej.

Sowa kluczowe: sterowanie ruchem kolejowym, kierowanie ruchem kolejowym, ekran dotykowy, ergonomia stanowisk pracy

1. WPROWADZENIE

Obserwujc prac dyurnych ruchu i dyspozytorów mona zauway, e ich stanowiska robocze ulegaj w obecnej dobie dynamicznym przemianom. W przestrze robocz wprowadzane s nowoczesne urzdzenia komputerowe, których obsuga zazwyczaj wymaga doczonych urzdze wejcia, takich jak klawiatura, mysz czy tabliczka graficzna. Pojawia si problem wzrastajcej liczby takich urzdze w do ograniczonej przestrzeni stanowiska, co niejednokrotnie przyczynia si do pogorszenia jakoci ergonomicznej stanowiska i zakócenia prawidowej obsugi urzdze kierowania i sterowania ruchem kolejowym [2]. Moe to mie znaczcy wpyw na bezpieczestwo ruchu kolejowego. Dyurny ruchu chcc szybko wywoa polecenie moe omykowo skorzysta z niewaciwego urzdzenia, co wyduy czas jego reakcji na niebezpieczne zdarzenie.

Pogorszenie jakoci obsugi znajduje ródo w niewygodnym rozmieszczeniu urzdze kontrolnych i sterowniczych wzgldem miejsca, jakie zajmuje przy pracy operator (dyurny, czy dyspozytor), ale równie jest spowodowane skupieniem na zbyt maej powierzchni wielu podobnych i niedostatecznie zrónicowanych urzdze sterowniczych [3].

Propozycj rozwizania tego problemu jest ograniczenie liczby urzdze wejcia znajdujcych si w przestrzeni roboczej operatora, dziki przejciu realizowanych przez nie funkcji poprzez zastosowanie takich rozwiza jak np. nakadki dotykowe na monitory, sterowanie gestem lub gosem.

Artyku przedstawia propozycje wprowadzenia wybranych nowoczesnych technologii sterownia urzdzeniami na stanowiskach pracy dyurnych i dyspozytorów, w odniesieniu do konkretnych zastosowa. Opisano równie jedno ze stanowisk laboratoryjnych rozwijane z myl o poprawie warunków pracy dyspozytorów i moliwoci testowania nowych, niekonwencjonalnych urzdze sterowniczych.

2. PRZEGLD WYBRANYCH URZDZE WEJCIA

SYSTEMÓW KOMPUTEROWYCH

2.1.

MODEL

UKADU

CZOWIEK

MASZYNA

Ukad czowiek-maszyna, stanowicy podstaw do poczenia wszystkich aspektów dostosowywania do czowieka (operatora) narzdzi jego pracy oraz warunków otoczenia, w jakich j wykonuje. Schemat blokowy najprostszego modelu takiego ukadu przedstawia poniszy rysunek 1 [1].

Rys. 1. Najprostszy schemat ukadu czowiek-maszyna. Na podstawie [1].

Wyrónione na schemacie bloki urzdze sterowniczych i sygnalizacyjnych stanowi czci interfejsu czowiek-maszyna (HMI z ang. human-machine interface). W przypadku komputerowych systemów kierowania i sterowania ruchem kolejowym urzdzeniami tymi s komputerowe urzdzenia wejcia, za pomoc których wpyw na maszyn (system) ma czowiek (dyurny ruchu, dyspozytor); i komputerowe urzdzenia wyjcia, za pomoc których maszyna oddziauje na czowieka. Stosowanymi na posterunkach kolejowych urzdzeniami wejcia s m.in. myszy, klawiatury i tablety (tabliczki graficzne), a urzdzeniami wyjcia: ekrany, goniki i drukarki.

Cz artykuu powicona jest wanie nowoczesnym urzdzeniom wejcia systemów komputerowych, jakie s, bd mog zosta zastosowane do sterowania aplikacjami

wykorzystywanymi na posterunkach ruchu lub w dyspozyturach polskich sieci kolejowych. Rozwaono przy tym sterowanie dotykiem, gestem i gosem.

2.2. EKRANY DOTYKOWE

Ekrany dotykowe (z ang. touchscreen albo touch screen) s to zwyczajne monitory (kineskopowe albo LCD) wyposaone w naoon na powierzchni ekranu tzw. nakadk dotykow – dodatkowe urzdzenie wskazujce, pozwalajce zastpi klasyczn mysz, trackbal albo tablet. Z tego powodu cae urzdzenie, jakim jest ekran dotykowy, naleaoby zaklasyfikowa do urzdze wejcia i wyjcia (urzdze wejcia/wyjcia).

Konstrukcja ekranu dotykowego opiera si o jedn z czterech technik, wykorzystujc powstae w wyniku dotyku [5][9]:

í zmiany oporu elektrycznego pomidzy elektrodami zatopionymi w ekranie, í zmiany pojemnoci elektrycznej,

í przerwania strumienia wietlnego emitowanego przez sie podczerwonych diod LED umieszczonych na krawdziach ekranu,

í zaburzenia fali akustycznej propagujcej si po powierzchni ekranu.

Tak uproszczony podzia stanowi powinien wstp do rozwaa na temat doboru technologii najodpowiedniejszej dla zastosowa kolejowych.

Stosowane s nastpujce technologie nakadek dotykowych na monitory [10]: í rezystancyjna,

í pojemnociowa, í podczerwieni,

í wykorzystujca zjawisko SAW, í tensometryczna,

í sygnau dyspersyjnego DST, í sygnau akustycznego APR,

í kodowanego LCD (ekran dwukierunkowy).

2.3. TECHNOLOGIE NAKADEK DOTYKOWYCH [3]

Technologia rezystancyjna. Nakadki dotykowe wykonane w tej technologii skadaj

si z dwóch elastycznych poliestrowych warstw pokrytych przewodnikiem: naoonego na waciw powierzchni monitora LCD podoa, i membrany (rysunek 2). Pomidzy tak otrzymanymi elektrodami znajduje si szczelina powietrzna wypeniona delikatn dielektryczna siatk. Wywarcie nacisku na powierzchni monitora (membran) powoduje zetknicie si obu warstw, co pozwala na okrelenie pooenia miejsca zetknicia, na podstawie wyznaczenia oporów elektrycznych.

Istnieje kilka odmian nakadek dotykowych, wykonanych w technologii rezystancyjnej: czterodrutowej, piciodrutowej, szeciodrutowej, siedmiodrutowej i omiodrutowej. Liczba drutów okrela czn liczb elektrod zatopionych w krawdziach warstw.

W przypadku technologii czterodrutowej i omiodrutowej podoe i membrana pokryte s od stron, którymi maj si styka, przewodnikiem o staej rezystywnoci (napylony ITO – tlenek indu domieszkowany cyn). W przypadku pozostaych odmian membrana pokryta jest przewodnikiem o jak najniszej rezystywnoci, podoe za – ITO.

Dla przykadu omówiona zostanie nakadka czterodrutowa. W technologii czterodrutowej (rysunek 2) elektrody podczone s do dwóch równolegych krawdzi membrany i dwóch równolegych krawdzi podoa, prostopadych do podczonych krawdzi membrany. Na podou istnieje równomierny gradient napicia, powstay w wyniku podczenia elektrod do potencjaów +5V i ziemi. Po zetkniciu si warstw membrana peni rol próbnika. Przez elektroniczny ukad kontrolera wyznaczone zostaj opory elektryczne podoa wzgldem jego dwóch kraców, a na podstawie ich stosunku – pierwsza wspórzdna. Nastpnie gradient przenoszony jest na membran, a pomiar dokonywany za pomoc podoa. Na tej podstawie wyznaczona zostaje druga wspórzdna.

Rys. 2. Konstrukcja nakadki rezystancyjnej czterodrutowej. ródo: opracowanie wasne

Taka nakadka wykorzystuje do wyznaczenia oporów w danej chwili jedynie trzy druty.

Zaletami technologii rezystancyjnej s niski koszt produkcji (w porównaniu z innymi technologiami) i reakcja na dotyk (nacisk) dowolnego przedmiotu: palca, palca w rkawiczce, rysika. Niektóre z nakadek umoliwiaj pisanie rysikiem z doni opart na ekranie – wykrywany jest wówczas jedynie dotyk rysika. Dotyk, jaki wywouje zadziaanie nakadki jest zdecydowanie wikszy ni dotyk wywoany przez owada, który mógby usi na ekranie. Wród wad nakadek dotykowych wykonanych w technologii rezystancyjnej naley wymieni nastpujce czynniki:

í brak moliwoci reakcji nakadki na zbliajcy si palec,

í warstwy ulegaj mechanicznemu zuyciu; cige odksztacanie membrany, wskutek wywieranego nacisku, powoduje, e w napylonej warstwie pojawiaj si z czasem pknicia; pknicia te sprawiaj, e opór warstwy przestaje by na niej równomiernie rozoony,

í warstwy nie przepuszczaj czci wiata emitowanego przez monitor,

í nakadka wymaga od uytkownika kalibracji, tym czstszej, im wiksza jest amplituda zmian temperatury i wilgotnoci otoczenia,

í technologia czterodrutowa nie umoliwia kompensacji wpywu zmiany wilgotnoci i temperatury otoczenia na rozmiar nakadki,

wspieraj technik multitouch (sterowania aplikacj przy uyciu kilku przedmiotów, w szczególnoci palców, przytknitych jednoczenie do nakadki), í zastosowanie rysika zdecydowanie obnia czas ycia nakadki.

Nakadki rezystancyjne s stosowane w wielu branach: medycynie, przemyle, handlu, transporcie.

Technologia pojemno ciowa. Istniej dwa rodzaje tej technologii:

í wykrywajca zmian pojemnoci wskutek zmiany potencjau pola elektrostatycznego wytwarzanego na powierzchni nakadki (przepyw adunku do obiektu dotykajcego powierzchni; obiekt musi by uziemionym przewodnikiem), í PCT (Projected Capacitiwe Touch) wykrywajce zmian pojemnoci pomidzy

zatopionymi w nakadce przewodami tworzcymi siatk (pionowe linie oddzielone od poziomych, trawione w materiale przewodzcym, którym zostaje pokryta powierzchnia, ich przecicia tworz kondensatory); umoliwiaj zastosowanie techniki multitouch.

Technologia podczerwieni. Wykonane w tej technologii nakadki zawieraj diody LED i odbiorniki podczerwieni zainstalowane wzdu krawdzi ekranu w ramce. Dotyk wskanika do powierzchni ekranu powoduje przecicie wizki fali wietlnej pomidzy diodami nadawczymi rozmieszczonymi wzdu jednej pary prostopadych krawdzi a odbiorczymi rozmieszczonymi wzdu drugiej pary, co pozwala na wyznaczenie punktu dotknicia. Pewn odmiana technologii wykorzystujcej promieniowanie podczerwone jest

technologia wykorzystujca cie, jaki pozostawia wskanik (palec, rysik itp.) pomidzy

nadajnikami a odbiornikami podczerwieni, umieszczonymi w naronikach ramki okalajcej ekran. Wspórzdne punktu okrelane s wówczas metod triangulacji. Moliwe jest równie okrelenie rozmiarów przedmiotu dotykajcego ekran. Metoda ta zyskuje sobie popularno , z uwagi na jej dostpno oraz moliwo zastosowania w duych ekranach.

Technologia wykorzystujca zjawisko SAW (akustycznej fali powierzchniowej).

Dotknicie dowolnym przedmiotem powierzchni nakadki wykonanej w tej technologii, wywouje powstanie fali ultradwikowej, wykrywanej nastpnie przez piezoelektryczne czujniki rozmieszczone na skraju nakadki i pozostajce pod przykryciem ramki monitora. Nakadk stanowi szklana tafla, wic technologia ta pozwala na bezstratne wywietlanie obrazu przechodzcego przez nakadk. Nakadka ta nie jest niestety odporna na porysowanie, zabrudzenia i inne zakócenia pochodzce od otoczenia.

Technologia tensometryczna. Nakadka wykonana w tej technologii zawiera

tensometry rozmieszczone w jej rogach. Nakadka zamocowana jest sprycie, co pozwala na tensometryczny pomiar siy i miejsca nacisku. Nakadki tensometryczne znajduj zastosowanie w urzdzeniach umieszczonych w miejscach publicznych, a wic szczególnie naraonych na wandalizm (np. do sterowania automatami biletowymi).

Technologia sygnau dyspersyjnego (DST). Nakadka wykonana w tej technologii jest

przezroczyst szklan pytk, z czujnikami piezoelektrycznymi mierzcymi energi mechaniczn, rozmieszczonymi w kadym rogu. Dotyk rysika, palca lub innego przedmiotu sucego do wprowadzania informacji, jest wykrywany w wyniku, wykorzystujcej algorytmy dyspersji, analizy fali ugitej przenoszonej przez podoe. Fala powstaje w wyniku wibracji nakadki spowodowanej dotykiem, co sprawia, e nakadka taka jest nieczua na lece na niej inne przedmioty pozostajce w spoczynku. Nakadka dziaa prawidowo równie po zarysowaniu. Poniewa w tafli szklanej nie s zatopione

adne dodatkowe elementy (elektrody), cechuje si ona doskona przezroczystoci. Wad tego rozwizania, w porównaniu na przykad z technologi rezystancyjn, jest niemono wykrycia przytknitego do powierzchni nakadki urzdzenia stosowanego do wprowadzania danych pozostajcego w spoczynku.

Odmian technologii wykorzystujcej przetworniki piezoelektryczne jest technologia

APR (acoustic pulse recognition). Czujniki, rozmieszczone w kilku miejscach na krawdzi

szklanej tafli stanowicej nakadk, reaguj na wibracj powstajca w wyniku dotknicia powierzchni nakadki. Miejsce dotknicia jest wyznaczane metod triangulacyjn. Nakadki wykorzystujce t technologi s nieczue na zarysowania i brud, cho , tak jak w przypadku nakadek DST, s one równie nieczue na obiekty statyczne stykajce si z ekranem. Nakadki wykonane w tej technologii s wykorzystywane w punktach sprzeday i szpitalach.

Jeszcze jednym do ciekawym rozwizaniem jest zastosowanie siatki otworków takich, jak te stosowane w wykonywaniu fotografii z uyciem camera obscura. Siatka umieszczona zostaje za matryc LCD wywietlajc obraz, a za siatk znajduj si sensory. Przechodzce przez kady otworek wiato pada na pewn cz sensorów, formujc tym samym obraz przedmiotu znajdujcego si przed ekranem. Tak powstay monitor nosi nazw bidirectional screen (ekran dwukierunkowy). Zamiast siatki otworków zastosowanie znajduj równie matryce zoone z pikseli przepuszczajcych do sensorów cz wiata. Rozwizania tego typu umoliwiaj wskazywanie obiektu poprzez dotyk, ale równie zblienie doni do powierzchni ekranu, sterowanie gestami i zastosowanie techniki multitouch. Wymagaj jednak silnego owietlania przedmiotu wskazujcego.

2.4. ZASTPIENIE KLAWIATURY NAKADK DOTYKOW

Chcc zastpi klawiatur komputerow nakadk dotykow wspópracujc z klawiatur systemow bd inn, umieszczon na stae w interfejsie graficznym aplikacji, naleaoby rozwiza kilka problemów towarzyszcych takiej metodzie wprowadzania danych.

Wspóczesne klawiatury komputerowe s projektowane w sposób ergonomiczny. Opór towarzyszcy wciskaniu klawisza narasta, po czym raptownie spada, co sprawia, e operator odczuwa wcinicie klawisza (rysunek 3). Nie ma wic obawy o to, e dany klawisz zostanie wcinity omykowo. Rozwizaniem tego problemu byby monitor wykrywajcy si nacisku, czyli wyposaony w nakadk wykonan w technologii SAW lub tensometrycznej. Równie nakadki rezystancyjne wymagaj minimalnej siy nacisku, któr naley przyoy do powierzchni ekranu, aby sterowa nakadk.

Kolejnym problemem jest zapewnienie moliwoci pisania penopalcowego. Na klasycznej klawiaturze mona pisa nie odrywajc wzroku od monitora, gdy opuszkami palców wyczuwa si krawdzie klawiszy i ich zagbienia, co daje pewno , e naciska si waciwy klawisz. Jest to tzw. pisanie bezwzrokowe, nazywane równie penopalcowym albo dziesiciopalcowym. Przy zastosowaniu nakadki dotykowej pokrycie gadkiej powierzchni monitora rowkami w niektórych miejscach istotnie pogorszyoby jako jego wykorzystania w innych celach ni wprowadzanie danych z klawiatury.

O

pór

Rys. 3. Opór przycisku klawiatury podczas naciskania. Na podstawie [7]

Wprowadzenie klawiatury na monitor dotykowy, bez modyfikacji powierzchni jego ekranu, naleaoby jednak wzi pod uwag zwaywszy, e pisanie penopalcowe nie jest niezbdne na stanowiskach dyurnego i dyspozytora, poniewa nie potrzebuj oni a tak szybko i czsto wprowadza danych tekstowych. Ponadto wikszo aplikacji zastosowanych na takich stanowiskach obsugiwana jest pojedynczymi „klikniciami” w danym punkcie ekranu, a nie metod „przecigania” obiektów. Elektroniczne pulpity nastawcze (np.: WT EPN, Ebiscreen, Command 900) obsuguje si pojedynczymi „klikniciami” w okrelone miejsca ekranu.

Istnieje jeszcze rozwizanie, polegajce na zakadaniu przez operatora na palce specjalnych nakadek (np. zintegrowanych w postaci rkawic), dotyk których jest wówczas wykrywany przez ekran jako jedyny. Jest to rozwizanie niedogodne, ze wzgldu na konieczno zakadania tych urzdze, za kadym razem przed wprowadzaniem danych (bd ich cige noszenie na rkach), i moliwo ich atwego zgubienia, co niepotrzebnie utrudnioby prac.

Podczas targów InnoTrans 2010 firma Siemens zaprezentowaa stó wyposaony w poziomy ekran dotykowy. Na stanowisku pracowaa aplikacja pokazujca propozycje wykorzystania tego urzdzenia: moliwo sterowania ruchem na do dugim odcinku linii kolejowej, moliwo pracy na wykresie ruchu (kierowanie ruchem), moliwo wykonywania prac biurowych (zarzdzanie przedsibiorstwem) [8].

2.5. STEROWANIE GESTEM

„Gest” w opisywanym rodzaju sterowania mona rozpatrywa w odniesieniu do rónych obiektów: urzdze wskazujcych (palca przytknitego do ekranu dotykowego, kursora myszy itp.) albo czci ciaa operatora, któr wykonuje ruchy przed urzdzeniem sterowniczym (doni, gowy, powiek, ust, sylwetki caego ciaa) [3].

Sterowanie gestem kursora myszy, po oprogramowaniu skrótów sekwencji rónych czsto wykonywanych polece, jest metod przyspieszajc prac operatora.

W odniesieniu do myszy lecej na blacie lub podkadce, gestem jest jej przemieszczenie w poziomie, w pewien charakterystyczny sposób. Gest wykonuje si przy nacinitej kombinacji klawiszy myszy i/lub klawiatury, co wywouje wykonanie zaprogramowanej wczeniej operacji. Np.: Narysowanie litery „c” przy nacinitym rodkowym klawiszu myszy (lub kóku) spowoduje zamknicie aktywnego okna (o ile taka funkcja zostaa wczeniej zaprogramowana dla tego gestu).

Na stanowisku kontroli dyspozytorskiej oprogramowano gestami kursora myszy skróty sekwencji nacini klawiszy funkcyjnych od F1 do F10, umoliwiajce wstpne przygotowanie najczciej wysyanych telegramów. Uruchomienie skrótu polega na wykonaniu (wykreleniu) kursorem gestu odpowiadajcego wykonaniu oprogramowanej czynnoci (w tym wypadku naciniciu dla danej aplikacji sekwencji konkretnych klawiszy). Podczas krelenia naley wcisn i przytrzyma rodkowy przycisk myszy (lub kóko). Gestowi towarzyszy wykrelanie linii. Znika ona po puszczeniu kóka. W tym samym momencie program rozpoczyna analiz poczynionego gestu, by nastpnie wykona zaprogramowana akcj. Przykad uruchamiania skrótu przedstawia rysunek 4 (wcinite kóko myszy, kropka oznacza pocztek linii).

Programów umoliwiajcych sterowanie gestem kursora jest wiele. S one dostpne w sieci. Na stanowisku zainstalowano speniajc ww. funkcje aplikacj gMote autorstwa Craig'a McMahon'a.

Rys. 4. Sterowanie gestem kursora myszy aplikacj stanowiska KSR Sosna. ródo: opracowanie wasne

Sterowanie ruchem gowy bd mimik twarzy jest rozwizaniem ciekawym niewskazanym jednak, jeeli czynnoci sterownicze s czste i odnosz si do odlegych punktów na pulpicie jednego, bd wielu, monitorów. Sterowanie caym ciaem wymagaoby cigego poruszania si operatora, natomiast gestem gowy – pozostawania nieruchomym. Techniki te wymagaj zainstalowania i utrzymywania kamery o odpowiednich parametrach.

Z wymienionymi rodzajami sterowania wie si konieczno odpowiedniego doboru nie powtarzajcych si gestów. Co dla czowieka wydaje si dwoma zupenie odmiennymi

gestami, przez program moe zosta zinterpretowane jako ten sam gest.

Sterownie gestem kursora stosowane jest powszechnie w niektórych przegldarkach internetowych. Stanowi moe równie narzdzie wspomagajce obsug systemu operacyjnego i niektórych aplikacji.

2.6. STEROWANIE GOSEM

Systemy operacyjne Widows Vista i Windows 7 wyposaone s w narzdzie systemowe Voice Recognition, za pomoc którego moliwe jest sterowanie wybranymi aplikacjami systemu przy uyciu mikrofonu. Komendy naley jednak podawa w jzyku angielskim (uytkownicy systemu oczekuj polskiej wersji tej czci oprogramowania). System podczas wprowadzania tekstu analizuje oprócz fonetyki równie logik wypowiadanego zdania, co moe by przyczyn wprowadzania koniecznych poprawek. Wyrazy nie zarejestrowane w sowniku mona literowa i zapisywa . Okna aplikacji podzielone s na tzw. sektory, co sprawia, e po wywietleniu na prob uytkownika ich numerów, moliwe jest wybranie interesujcego sektora, np. przycisku „Anuluj”, pola tekstowego itp. Moliwe jest równie sterowanie kursorem myszy poprzez tzw. Mousegrid – siatk dzielc obszar ekranu na 9 ponumerowanych pól. Chcc wprowadzi kursor w dany obszar wybieramy jego numer. Kady z obszarów mona podzieli na 9 kolejnych, aby umieci kursor w precyzyjnie okrelonym punkcie.

Sterowanie werbalne w przypadku kursora i dyktowania tekstu trwa o wiele duej ni za pomoc klasycznych klawiatury i myszy, trackball, tabliczki graficznej albo nakadki dotykowej zainstalowanej na monitorze.

3. MOLIWOCI ZASTOSOWANIA STEROWANIA

DOTYKIEM, GESTEM I GOSEM W SYSTEMACH KSR

3.1. STANOWISKO KONTROLI DYSPOZYTORSKIEJ SYSTEMU

KSR

SOSNA

W laboratorium sterowania ruchem kolejowym Zakadu Sterowania Ruchem na Wydziale Transportu w 2009 roku powstao stanowisko dydaktyczno-badawcze kontroli dyspozytorskiej (kd) bdce czci rozwijanego w laboratorium systemu kierowania i sterowania ruchem kolejowym. Stanowisko skonstruowali studenci i doktoranci zrzeszeni w Studenckim Kole Naukowym Nowoczesnych Technik Sterowania Ruchem Kolejowym „Balisa” pod kierownictwem mgr in. Andrzeja Kochana i w ramach realizacji grantu rektorskiego nt. ”Opracowanie i wykonanie stanowiska kontroli dyspozytorskiej systemu

KSR Sosna”. W efekcie ich prac przygotowano zaoenia stanowiska kontroli dyspozytorskiej, a w szczególnoci okrelono wymagania sprztowe podsystemu ILTOR2 – CKR. Na tej podstawie zakupiony zosta sprzt, a nastpnie zainstalowano na nim oprogramowanie przystosowane do wspópracy z pozostaymi elementami stanowiska dydaktyczno–badawczego KSR „Sosna” [4][5][6]. Dalsze prace polegay na przetestowaniu pracy stanowiska oraz jego wspópracy z pozostaymi stworzonymi ju podsystemami. Skonstruowane stanowisko przedstawia rysunek 5.

Rys. 5. Ogólny widok stanowiska kontroli dyspozytorskiej stanowiska dydaktyczno-badawczego KSR Sosna w laboratorium sterowania ruchem kolejowym WTPW w 2010 roku. ródo:

opracowanie wasne

Podczas realizacji grantu zdecydowano si na zakup monitora wyposaonego w nakadk dotykow. Wybrano nakadk wykonan w technologii rezystancyjnej piciodrutowej. Wybór ten zapewnia moliwo sterowania dowolnym przedmiotem przytknitym do powierzchni oraz atwe utrzymanie, bez koniecznoci wielokrotnej kalibracji w pomieszczeniach o staych warunkach mikroklimatycznych.

W ramach realizacji przez Koo w 2010 roku kolejnego grantu rektorskiego nt.: ”Badania ergonomii pracy na stanowisku kontroli dyspozytorskiej systemu kierowania i sterowania ruchem kolejowym” dla istniejcego osprztu stanowiska kd systemu KSR Sosna skonstruowane zostao stanowisko regulowane (rysunek 6).

Prawie na kadym stanowisku operatorskim moe istnie wiele optymalnych ukadów. Stanowisko regulowane jest konstrukcj bdca makiet naturalnej wielkoci stanowiska roboczego, w której wszystkie istotne elementy, takie jak monitory LCD, monitor dotykowy, krzeso, klawiatur, mona przemieszcza w okrelonych granicach w paszczynie pionowej, poziomej i obraca o okrelony kt nachylenia. Po skonstruowaniu stanowiska wprowadza si na nie osoby o cechach antropometrycznych odpowiadajcych operatorom (dyspozytorom i dyurnym ruchu) i dokonuje regulacji. Ewentualnie wykonuje si fotografie stanowice ródo dalszych opracowa.

Stanowisko zaprojektowano w oparciu o dane zawarte w atlasie antropometrycznym dla populacji Polskiej. Wchodzce w skad stanowiska monitory LCD zostay rozmieszczone na uchwytach biurkowych, te za s przymocowane do blatu biurka. Uchwyty umoliwiaj pynna regulacj pooenia monitorów wzgldem oczu operatora w zakresach okrelonych w fazie projektowania stanowiska. Stanowisko spenia wymogi dla 90% populacji potencjalnych operatorów.

Rys. 6. Ogólny widok stanowiska kontroli dyspozytorskiej stanowiska dydaktyczno-badawczego KSR Sosna w laboratorium sterowania ruchem kolejowym WTPW w 2011 roku. Zaznaczono

kierunki niektórych moliwych regulacji. ródo: opracowanie wasne

Monitor z nakadk dotykow zawieszony zosta na specjalnym uchwycie wyposaonym w rub z pokrtem umoliwiajce pochylanie go pod ktem od 0 do 55° wzgldem paszczyzny blatu. Monitor i mechanizm zostay umocowane w otworze w blacie biurka 210mm od krawdzi przedniej blatu, co pozwala na swobodne oparcie nadgarstków operatora oraz ewentualne umieszczenie przed monitorem klawiatury. W skrajnym poziomym pooeniu paszczyzna monitora pokrywa si z paszczyzn blatu (monitor „chowa si” w otworze).

Taki sposób umocowania monitora pozwoli na empiryczne okrelenie optymalnego dla operatora stanowiska kta nachylenia.

Dla stanowiska opracowano równie list kontroln. Wykorzystywana jest ona podczas zaj dydaktycznych z ergonomii.

3.2 WYBÓR ZASTOSOWANIA ANALIZOWANYCH METOD

STEROWANIA

Analizujc zaprezentowane technologie nakadek dotykowych, naleaoby wskaza , technologie DST, APR oraz technologie rezystancyjne picio- i siedmiodrutowe, jako najwaciwsze do sterowania aplikacjami kierowania i sterowania ruchem kolejowym. Wszystkie stosowane na kolei monitory powinny by ponadto wyposaone w nakadki

zawierajce warstwy antyrefleksyjne.

W aplikacjach dyurnych ruchu i dyspozytorów sterowanie gestem kursora mogoby by skrótem do najczciej wykonywanych operacji – np. nadawania telegramu, wywietlania lub drukowania raportu pocigu, wprowadzenia polecenia ustawienia przebiegu pocigowego itp. Z uwagi jednak na funkcje, jakie gesty maj wywoywa , powinny by one proste (szybkie zatrzymanie pocigu, poczenie radiowe lub telefoniczne z wybranym adresatem), bd nieco bardziej skomplikowane (podanie sygnau, blokowanie wstecz itp.), co zapobiec miaoby przypadkowemu wywoaniu danej funkcji.

Sterowanie ruchem gowy, mimik twarzy albo caym ciaem, w odniesieniu do dwunastogodzinnych zmian pracy dyspozytorów i dyurnych, spdzanych na ogó w pozycji siedzcej, byoby niezwykle mczce i dlatego nie jest wskazane.

Sterowaniem gestem doni (wskazaniem monitora) mona byoby dokonywa wyboru stacji, której obraz podgldowy dyspozytor, bd dyurny odcinkowy potrzebuje w danej chwili obejrze . Stacje na schemacie s bowiem dostatecznie duymi obiektami, by unikn nieprawidowego wskazania.

W odniesieniu do aplikacji kolejowych mona spróbowa wykorzysta równie sterowanie gosem. Pierwszym moliwym zastosowaniem byoby sterowanie telefonem i/lub cznoci radiow: wybór abonenta, posterunku, poczenie grupowe i obszarowe, z mechanikami pojazdów trakcyjnych. Dyurny (albo dyspozytor) wypowiadaliby sowa: „TELEFON. BUCZYNA (albo inna nazwa posterunku, z którym chc uzyska poczenie)”, co powodowaoby dalsz komutacj. Takie rozwizanie nie wyeliminowaoby panelu obrazujcego stan czy i wywoywanie przez innych abonentów, natomiast sygnalizacj tak mógby peni ekran dotykowy. Rozwizanie z ekranem dotykowym jest moliwe do zastosowania w istniejcych centralkach cznoci przewodowej (m.in. na nastawni zdalnego sterowania PoA stacji Pozna Gówny i nastawni na stacji Koluszki) i pozwala na proste przejcie do klasycznego sterowania cznoci, w przypadku awarii aparatury wykrywajcej i analizujcej gos, bd zaistnienia innych sytuacji: operator moe mie chore gardo, w pomieszczeniu moe panowa szum, w pomieszczeniu nadaje radioodbiornik itp.

Drugim zastosowaniem sterowania gosem moe by szybkie nadanie w eter sygnau radiostop. Operator, woajc np. trzykrotnie „STÓJ!”, powodowaby nadanie sygnau radiostop i równoczenie wywietlenie na wszystkich semaforach sygnaów zabraniajcych jazdy. Rozwizanie to zbiene byoby z przepisami instrukcji Ie-1, gdzie jednym z podstawowych sygnaów rcznych (Rm-4 i D-3) jest sygna „Stój” nadawany kilkukrotnym powtórzeniem cigu trzech krótkich sygnaów nadawanych trbk, gwizdkiem, syren itp. Urzdzenie takie mogoby równie zbiera sygnay akustyczne dochodzce z terenu przed nastawni i zdalnie uruchamia procedur nadania sygnau radiostop i podania na sygnalizatorach stacyjnych sygnaów zabraniajcych jazdy w sytuacji zagroenia ruchu kolejowego.

4. WYKORZYSTANIE SKADOWYCH WYKRESU RUCHU

I WIZUALIZACJI, JAKO ELEMENTÓW

STEROWNICZYCH

Jednym z podstawowych narzdzi pracy dyspozytora liniowego jest wykres ruchu pocigów. Dawniej graficznie wykonywany wykres ruchu planowanego dyspozytor uzupenia na bieco kolorowymi pisakami. Obecnie, aplikacje informatyczne wspomagajce prac dyspozytora automatycznie nanosz odchylenia jazd rzeczywistych od planowanych. Wykres peni rol informacyjn – jest jedn z metod prezentowania sytuacji ruchowej na linii, oraz stanowi ródo wylicze statystycznych bdcych podstaw analiz wykonywanych przez dyspozytur. Dodatkowo wykres stanowi zarchiwizowan sytuacj ruchow w okrelonych ramach czasowych i na ograniczonym obszarze sieci kolejowej.

Na stanowisku KSR Sosna wszystkie podsystemy kierowania ruchem s implementowane na bazie systemu ILTOR2 opracowanego wspólnie przez Wydzia Transportu Politechniki Warszawskiej i firmy Kontron oraz Siemens [6]. Aplikacja systemu zaimplementowana na stanowisku kontroli dyspozytorskiej umoliwia aktualnie:

í zarzdzanie kanaami komunikacyjnymi pomidzy dyspozytorem a dyurnymi ruchu,

í komunikacj pomidzy dyspozytorem a dyurnymi ruchu, í ledzenie ruchu pocigów na kontrolowanym obszarze,

í wizualizacj aktualnej sytuacji ruchowej w postaci rozmieszczenia pocigów na schematycznym odwzorowaniu ukadu torowego,

í wizualizacj sytuacji ruchowej z okrelonym horyzontem czasowym w postaci wykresu ruchu rzeczywistego,

í generowanie raportu o przebiegu pocigu,

í archiwizacj danych o sytuacji ruchowej i innych zdarzeniach istotnych z punku widzenia prowadzenia ruchu

í przegldanie danych archiwalnych w postaci dzienników ruchu dla kadego posterunku ruchu znajdujcego si w kontrolowanym obszarze oraz kadego obszaru zdalnego sterowania znajdujcego si w kontrolowanym obszarze,

í przegldanie dzienników pracy drónika dla kadego posterunku drónika w kontrolowanym obszarze.

Podczas pracy dyspozytor obserwuje monitor dialogowy, zawierajcy elementy informujce go o stanie cznoci z posterunkami i umoliwiajcy nadawanie i odbiór telegramów. Pozostae monitory zawieraj przegld sytuacji ruchowej obsugiwanego przez niego obszaru i umoliwiaj wywietlenie dzienników ruchu, raportów, wykresów itd. (por. rys. 6). Wybór polece odbywa si przy uyciu jednej myszy. W przypadku monitora dialogowego naciskane s przyciski wiersza polece funkcyjnych. Telegramy uzupeniane s, o ile to moliwe w sposób automatyczny. W pozostaych przypadkach konieczne jest uzupenianie ich treci z klawiatury. Wywoywanie na pozostaych monitorach potrzebnych zestawie i wykresów odbywa si na zasadzie „klikania” mysz w odpowiednich poleceniach rozwijanego menu albo zaznaczaniu pól np. w pojawiajcym

si kalendarzu.

Zastosowanie nowego urzdzenia wejcia, jakim jest nakadka rezystancyjna umoliwi znacznie szybsz komunikacj z aplikacj, jeeli zastosujemy skróty, wywoujce waciwe sekwencje operacji zaimplementowane wczeniej w aplikacji.

Nastpujce zmiany, warto byoby wprowadzi w wygldzie i dziaaniu aplikacji odpowiedzialnej za krelenie wykresu ruchu:

1. Utworzenie dynamicznie zmieniajcego si wiersza klawiszy polece funkcyjnych rozmieszczonych poniej ramki wykresu, o wygldzie podobnym do wierszy rozmieszczonych we wszystkich aplikacjach piop2 systemu ILTOR (Rys. 7).

Rys. 7. Wiersz klawiszy polece funkcyjnych dostpny po uruchomieniu aplikacji CKR. ródo: opracowanie wasne

2. Przypisanie wywietlanym na wykresie numerom pocigów funkcji przycisków, nacinicie których wywoywaoby wejcie do menu funkcji takich jak wywietlenie i wydrukowanie raportów lokalizacji pocigu, przebiegu pocigu w rejonie, raportu o pocigu, rozkadu jazdy pocigu i innych. Moliwe do wybrania funkcje rozmieszczone zostayby na klawiszach funkcyjnych poniej wykresu. Pojedyncze nacinicie numeru pocigu mogoby by rozróniane od podwójnego i potrójnego. Wówczas np. pojedyncze mogoby nie wywoywa niczego za wyjtkiem zmiany menu, podwójne i potrójne kliknicie stanowioby za skrót do czsto wywoywanych funkcji.

3. Przypisanie wywietlanym na wykresie skrótom posterunków ruchu funkcji przycisków, nacinicie których wywoywaoby wejcie do menu funkcji takich jak wywietlenie i wydrukowanie raportów stanu stacji, rozkadu jazdy dla posterunku ruchu, dziennika ruchu i innych. Moliwe do wybrania funkcje rozmieszczone zostayby na klawiszach funkcyjnych poniej wykresu tak, jak opisano to w poprzednim podpunkcie.

5. PROPOZYCJE DALSZYCH BADA

Zastosowanie nowoczesnych technik na istniejcym sprzcie pozwala na badanie ich uytecznoci, jednake aby moliwym byo przejcie przez monitor dotykowy funkcji klawiatury alfanumerycznej i funkcji myszy, konieczne s zmiany w dziaaniu zainstalowanej na stanowisku aplikacji. Zostanie ona uzupeniona o klawiatur numeryczn bd alfanumeryczn, wywietlan w przypadkach, gdy bdzie konieczne jej wykorzystanie.

Dziaania powysze pozwol na usunicie z przestrzeni roboczej klawiatury i myszy.

Poprzez usunicie naleaoby rozumie ich schowanie przy jednoczesnym przejciu penionych przez nie funkcji przez monitor dotykowy.

Kolejnym krokiem bdzie próba zastosowania nakadki dotykowej do sterowania ruchem na stacji Sosna. Stacja ta nie istnieje w rzeczywistoci. Jest ona zaimplementowana w komputerze zalenociowym WTUZ znajdujcym si w laboratorium sterowania ruchem kolejowym (srk) i wspópracujcym ze stanowiskiem kd i z wieloma innymi elementami i podsystemami. Dziaanie to stanowi temat pracy inynierskiej jednego ze studentów profilu srk.

6. PODSUMOWANIE

Niewtpliwymi zaletami klasycznych urzdze wejcia, do których naley zaliczy stosowane na kolei mysz, klawiatur i tablet (tabliczk graficzn), s prostota ich obsugi – wynikajca z wczeniejszego korzystania przez operatorów z takich rozwiza (w domu, szkole, poprzedniej pracy), oraz moliwo atwej wymiany na sprzt o podobnych parametrach (dostpno podzespoów).

Wybór zastosowania nakadki dotykowej umoliwi usunicie z przestrzeni roboczej operatora klawiatury i myszy, z których nie bdzie on korzysta w normalnych warunkach pracy, a jedynie w sytuacjach nietypowych. Takie rozwizanie ograniczy liczb urzdze wejcia wypeniajcych stanowisko pracy.

Bibliografia

1. Grabarek I.: Ergonomiczna ocena stanowiska pracy. Studium Podyplomowe Bezpieczestwo i Higiena Pracy. PW WMEiL, Warszawa 2009.

2. Karolak J.: Problemy integracji urzdze sterowniczych na stanowisku pracy dyurnego ruchu. Praca magisterska. Politechnika Warszawska Wydzia Transportu, Warszawa 2010.

3. Karolak J., Kochan A.: Moliwoci wykorzystania panelu dotykowego dla obsugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej. Artyku w: Logistyka nr. 4/2010.

4. Karolak J., Kochan A.: Zadania badawcze na stanowisku KSR Sosna w wietle TSI, Artyku w: Referaty XXVIII Seminarium Koa Naukowego „Mechaników”, Warszawa 2009.

5. Kochan A., Karolak J.: Badania podsystemu kontroli dyspozytorskiej., Artyku w: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej seria Transport zeszyt 69. Warszawa 2009.

6. Kochan A., Karolak J.: Implementacja podsystemu kontroli dyspozytorskiej na stanowisku dydaktyczno – badawczym KSR Sosna. Artyku w: Logistyka nr. 4/2009.

7. Morgan C., Cook J., Chapains A., Lund M.: Human engineering guide to equipment designs. Mc Graw-Hill Book Company, Inc., New York, Toronto, London, 1963.

8. Materiay informacyjne z targów InnoTrans 2010. 9. www.pl.wikipedia.org

USE ABILITIES OF TOUCHSCREEN FOR TRAIN DISPATCHING SYSTEM OPERATION

Summary: The article describes new technologies of input devices used in railway traffic control and train dispatching systems. Touchscreen technologies and applications making control possible through use of gesture and voice, qualified for railway traffic control and train dispatching systems, are presented. Second part of the article describes methods of control used in didactic and research stand of train dispatching system, which has been created in a railway traffic control laboratory at the Faculty of Transport of Warsaw University of Technology.

Keywords: railway traffic management, train dispatching system, touchscreen